(57)【要約】【課題】吐出室を高密度化しても流路抵抗が高くなるのを抑えて、液滴の吐出性能を確保することができる液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びにこの液滴吐出ヘッドを備えた印字性能等の高い液滴吐出装置を提供する。【解決手段】ノズル基板５とリザーバ基板４とキャビティ基板３と電極基板２とを接合した４層構造にし、リザーバ専用のリザーバ基板４を設ける。リザーバ基板４には、キャビティ基板３に設けた第１キャビティ１２に液滴を供給するリザーバ１３となるリザーバ用凹部１３ａと、リザーバ１３内の液滴を第１キャビティ１２に供給する供給口用凹部とを同一面側に形成し、また、第１キャビティからノズル孔１７へ液滴を移送するノズル連通孔１６を貫通形成した構造とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、
底面に振動板を有し、前記液滴を溜めておく第１キャビティとなる凹部が前記各ノズル孔それぞれに対応して形成されたキャビティ基板と、
前記振動板に対向し、前記振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板と、
前記複数の第１キャビティに液滴を供給するリザーバとなるリザーバ用凹部と、該リザーバ内の液滴を前記各第１キャビティに供給する供給口用凹部とが同一面側に形成され、前記第１キャビティから前記ノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔が貫通形成されたリザーバ基板とを備え、
前記リザーバ基板は、前記ノズル基板と前記キャビティ基板との間に、前記リザーバ用凹部と前記供給口用凹部の凹部形成面が前記キャビティ基板側に対向するように接合されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記リザーバ基板の前記凹部形成面側の前記第１キャビティに対向する位置に、第２キャビティとなるキャビティ用凹部が形成されてなることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記リザーバ基板に、面方位が（１００）のシリコン基板を用いたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記リザーバ基板に、面方位が（１１０）のシリコン基板を用いたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
第１の基板に液滴を吐出する複数のノズル孔を形成する工程と、
第２の基板に前記液滴を溜めておく第１キャビティとなる凹部を底面が振動板になるよう前記各ノズル孔それぞれに対応して形成する工程と、
第３の基板に前記振動板を駆動する個別電極を形成する工程と、
前記第４の基板に前記第１キャビティから前記ノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔を前記貫通形成する工程と、
前記第４の基板に前記複数の第１キャビティに液滴を供給するリザーバとなるリザーバ用凹部と、該リザーバ内の液滴を前記各第１キャビティに供給する供給口用凹部とを同一面側に形成する工程と、
前記第４の基板を、前記第１の基板と前記第２の基板との間に、前記リザーバ用凹部と前記供給口用凹部の凹部形成面が前記第２の基板側に対向するように接合する工程とを有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記リザーバ用凹部と前記供給口用凹部とを、前記凹部形成面側からウェットエッチングにより形成し、前記ノズル連通孔を、同様に前記凹部形成面側からドライエッチングで形成することを特徴とする請求項５記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記リザーバ基板の前記凹部形成面側の前記第１キャビティに対向する位置に、第２キャビティとなるキャビティ用凹部を形成することを特徴とする請求項５又は請求項６記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記リザーバ基板の前記キャビティ用凹部を前記凹部形成面側からウェットエッチングにより形成することを特徴とする請求項７記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記第４の基板に面方位が（１００）のシリコン基板を用いることを特徴とする請求項５乃至請求項８の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記第４の基板に前記各凹部を形成する工程は、前記第４の基板の表面上に所定のパターンのエッチングマスクを形成するパターニング工程と、前記エッチングマスクが形成された前記第４の基板に対してエッチングを行うエッチング工程とにより形成するものであり、前記パターニング工程で形成した単一のエッチングマスクを用いた一度のエッチング工程で前記各凹部を形成することを特徴とする請求項９記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記第４の基板に面方位が（１１０）のシリコン基板を用いることを特徴とする請求項５乃至請求項８の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記第４の基板に前記各凹部を形成する工程は、前記第４の基板の表面上に所定のパターンのエッチングマスクを形成するパターニング工程と、前記エッチングマスクが形成された前記第４の基板に対してエッチングを行うエッチング工程とにより形成するものであり、前記パターニング工程では、前記各凹部毎に厚みを変えたエッチングマスクを形成し、前記エッチング工程ではそのエッチングマスクを用いてエッチングを行うことにより、前記各凹部をその凹部対応の深さに形成することを特徴とする請求項１１記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記第４の基板に前記各凹部を形成した後、前記凹部形成面とは反対側の面を所望の厚みまで薄板化し、薄板化した前記第４の基板を前記第１の基板と前記第２の基板との間に接合することを特徴とする請求項５乃至請求項１２の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１４】
前記第４の基板に前記ノズル連通孔を貫通形成する工程では、前記第４の基板の前記凹部形成面側にノズル連通孔用凹部をドライエッチングで形成し、前記凹部形成面とは反対の側から薄板化する過程で前記ノズル連通孔を貫通形成することを特徴とする請求項１３記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１５】
前記第４の基板を薄板化する際には、前記第４の基板の前記凹部形成面に支持基板を接合し、その状態で薄板化することを特徴とする請求項１３又は請求項１４記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記第４の基板を薄板化する工程では、前記支持基板に光透過性を有する基板を用い、その支持基板上にレジンを塗布し、その上面に前記第４の基板の前記凹部形成面を接合し、その状態で薄板化し、そして、前記支持基板側からレーザーを照射してレジンを硬化させ、前記支持基板から前記第４の基板を剥離することを特徴とする請求項１５記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１７】
前記第４の基板を薄板化する工程では、前記支持基板に光透過性を有する基板を用い、その支持基板上にダイアタッチフィルムを貼付し、その上面に前記第４の基板の前記各凹部の形成面側を接着加圧し、その状態で前記第４の基板を薄板化し、そして、前記支持基板側から紫外線を照射してダイアタッチフィルムの接着層を硬化させて前記支持基板から前記第４の基板を剥離することを特徴とする請求項１５記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びに液滴吐出装置に関し、特に吐出室を高密度化しても流路抵抗が高くなるのを抑えて、液滴の吐出性能を確保することができる液滴吐出ヘッド等に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今の静電駆動方式のインクジェットプリンタでは、高解像度画像の高速印字、プリンタの省スペース化のために、インクジェットヘッドの多ノズル化及び小型化が進んでおり、それに伴って吐出室（圧力室などともいう）の高密度化が進んでいる。
【０００３】
従来の一般的な静電駆動方式のインクジェット記録装置（インクジェットヘッド）では、３枚の基板を接合して１枚の基板に静電駆動用の電極を形成し、真ん中の基板に複数の吐出室となる凹部及びインクキャビティ（共通インク室などともいう）となる凹部を形成していた。また共通インク室となる凹部は、真ん中の基板の複数の吐出室となる凹部が並んでいる平面と同一平面上に形成されていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−５０６０１号公報（図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の一般的な静電駆動方式のインクジェット記録装置では（例えば、特許文献１参照）、吐出室を高密度化したときに流路としての吐出室の断面積が小さくなり、インク流路の流路抵抗が全体として高くなってインクの吐出性能が低下してしまうという問題点があった。また共通インク室となる凹部は、真ん中の基板の複数の吐出室となる凹部が並んでいる平面と同一平面上に形成されているため、インクジェット記録装置の面積が大きくなってしまうという問題点もあった。
【０００５】
上記のように吐出室を高密度化すると、複数の吐出室間の隔壁の厚さが薄くなり吐出室同士の圧力干渉（いわゆるクロストーク）が発生する。このクロストークを防止するために、一般のインクジェットヘッドでは吐出室となる凹部及び共通インク室となる凹部が形成される基板（キャビティ基板と呼ぶ）を薄くして吐出室間の隔壁の高さを低くしていた。しかし吐出室となる凹部及び共通インク室となる凹部が形成される基板を薄くすると、さらに吐出室の断面積が小さくなるため、益々インク流路の流路抵抗が高くなるという問題点があった。また共通インク室の高さも小さくなるため、共通インク室の流路抵抗も高くなり、インクを吐出する吐出室が多いときに共通インク室から吐出室へのインクの供給が十分に行われず、吐出性能が低下するという問題点があった。
【０００６】
本発明は、吐出室を高密度化しても流路抵抗が高くなるのを抑えて、液滴の吐出性能を確保することができる液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びにこの液滴吐出ヘッドを備えた印字性能等の高い液滴吐出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、底面に振動板を有し、液滴を溜めておく第１キャビティとなる凹部が各ノズル孔それぞれに対応して形成されたキャビティ基板と、振動板に対向し、振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板と、複数の第１キャビティに液滴を供給するリザーバとなるリザーバ用凹部と、リザーバ内の液滴を各第１キャビティに供給する供給口用凹部とが同一面側に形成され、第１キャビティからノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔が貫通形成されたリザーバ基板とを備え、リザーバ基板は、ノズル基板とキャビティ基板との間に、リザーバ用凹部と供給口用凹部の凹部形成面がキャビティ基板側に対向するように接合されているものである。
このように、ノズル基板、リザーバ基板、キャビティ基板、電極基板の４層構造としてリザーバ専用のリザーバ基板を設けたので、リザーバの体積を大きくでき、キャビティ基板を薄くしてもリザーバは十分な高さ（すなわち十分な体積）を確保することができる。したがって、リザーバの流路抵抗を低くすることができる。
【０００８】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、リザーバ基板の凹部形成面側の第１キャビティに対向する位置に、第２キャビティとなるキャビティ用凹部が形成されてなるものである。
これによりキャビティの体積を大きくすることができるので、更に流路抵抗を下げることが可能となる。
【０００９】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、リザーバ基板に、面方位が（１００）のシリコン基板を用いたものである。
【００１０】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、リザーバ基板に、面方位が（１１０）のシリコン基板を用いたものである。
【００１１】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第１の基板に液滴を吐出する複数のノズル孔を形成する工程と、第２の基板に液滴を溜めておく第１キャビティとなる凹部を底面が振動板になるよう各ノズル孔それぞれに対応して形成する工程と、第３の基板に振動板を駆動する個別電極を形成する工程と、第４の基板に第１キャビティからノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔を貫通形成する工程と、第４の基板に複数の第１キャビティに液滴を供給するリザーバとなるリザーバ用凹部と、リザーバ内の液滴を各第１キャビティに供給する供給口用凹部とを同一面側に形成する工程と、第４の基板を、第１の基板と第２の基板との間に、リザーバ用凹部と供給口用凹部の凹部形成面が第２の基板側に対向するように接合する工程とを有するものである。
これにより、ノズル基板、リザーバ基板、キャビティ基板、電極基板の４層構造を成し、リザーバ専用のリザーバ基板を設けた構成の液滴吐出ヘッドを得ることができる。かかる液滴吐出ヘッドは、リザーバの体積が大きくなるので、キャビティ基板を薄くしてもリザーバは十分な高さ（すなわち十分な体積）を確保することができる。したがって、リザーバの流路抵抗を低くすることができる。
また、リザーバ用凹部と供給口用凹部をリザーバ基板の同一面側に設けたので、これら各凹部を形成する際のエッチングマスクのパターニングは片面のみに行えば良いため、両面パターニングを行う場合に比べてアライメント精度を高くすることができる。したがって、高精度なリザーバ基板を製造でき、吐出特性が良好な液滴吐出ヘッドを構成できる。
【００１２】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、リザーバ用凹部と供給口用凹部とを、凹部形成面側からウェットエッチングにより形成し、ノズル連通孔を、同様に凹部形成面側からドライエッチングで形成するものである。
このように、ノズル連通孔の形成に際してのみドライエッチングを用いて枚葉処理し、他の凹部に関してはウェットエッチングを用いてバッチ処理可能としたので、所望の形状を高いスループットで加工することが可能である。
【００１３】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、リザーバ基板の前記凹部形成面側の第１キャビティに対向する位置に、第２キャビティとなるキャビティ用凹部を形成するものである。
これによりキャビティの体積を大きくすることができるので、更に流路抵抗を下げることが可能となる。
【００１４】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、リザーバ基板のキャビティ用凹部を前記凹部形成面側からウェットエッチングにより形成するものである。
このようにキャビティ用凹部に関しても凹部形成面側からウェットエッチングで形成するので、高アライメント精度且つ高スループットでの製造が可能である。
【００１５】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第４の基板に面方位が（１００）のシリコン基板を用いたものである。
これにより、ウェットエッチングで均一な深さの凹部を容易に形成できる。また、（１００）面方位のシリコン基板は、ウェットエッチングした際にＶ字状にエッチングが進行してＶ字先端でストップするという特徴があるので、開口幅によって一意的に深さが決まるＶ字溝を形成できる。
【００１６】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第４の基板に各凹部を形成する工程が、第４の基板の表面上に所定のパターンのエッチングマスクを形成するパターニング工程と、エッチングマスクが形成された第４の基板に対してウェットエッチングを行うエッチング工程とにより形成するものであり、パターニング工程で形成した単一のエッチングマスクを用いた一度のエッチング工程で各凹部を形成するものである。
ここで、（１００）面方位のシリコン基板は、エッチングした際に、Ｖ字状にエッチングが進行してＶ字先端でストップするという特徴がある。このような特徴を有するシリコン基板をリザーバ基板に用いることにより、単一のエッチングマスクを用いて一度のエッチング処理でこれら各凹部を形成することが可能となる。すなわち、エッチングマスクの開口パターンの開口面積に応じて深さを制御できるため、各凹部に対応した開口パターンを有するエッチングマスクを用いることにより一度のエッチング処理でこれら各凹部を形成することができる。このように、この方法によれば、少ない工程数でリザーバ基板を製造できるので、加工コストを低減することが可能である。
【００１７】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第４の基板に面方位が（１１０）のシリコン基板を用いたものである。
これにより、（１１０）面方位のシリコン基板はエッチングした際に時間に比例して垂直にエッチングが進行するので、エッチング時間によって自由に深さを制御することができる。
【００１８】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第４の基板に各凹部を形成する工程が、第４の基板の表面上に所定のパターンのエッチングマスクを形成するパターニング工程と、エッチングマスクが形成された第４の基板に対してウェットエッチングを行うエッチング工程とにより形成するものであり、パターニング工程では、各凹部毎に厚みを変えたエッチングマスクを形成し、エッチング工程ではそのエッチングマスクを用いてエッチングを行うことにより、各凹部をその凹部対応の深さに形成するものである。
ここで、（１１０）面方位のシリコン基板は、エッチングした際に、時間に比例して垂直にエッチングが進行し、エッチング時間によって自由に深さを制御することができる。このため、各凹部毎に残し厚みを変えたエッチングマスクを用いて時間制御を行いつつエッチングを行うことにより、各凹部をそれぞれ所望の深さに形成できる。
【００１９】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第４の基板に各凹部を形成した後、凹部形成面とは反対側の面を所望の厚みまで薄板化し、薄板化した第４の基板を第１の基板と第２の基板との間に接合するものである。
このように、各凹部を形成した後に薄板化するので、大口径のウェハを使用した場合でもハンドリングミスによる歩留まり低下を防止できる。すなわち、薄板化する前の強度の高い厚手の基板に対して必要な加工を行っておき、薄型化した後の工程を減らすようにしたので、製造中にシリコン基板が割れたり、欠けてしまったりなどの歩留まり低下を防止できる。
【００２０】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第４の基板にノズル連通孔を貫通形成する工程では、第４の基板の凹部形成面側にノズル連通孔用凹部をドライエッチングで形成し、凹部形成面とは反対の側から薄板化する過程でノズル連通孔を貫通形成するものである。
これにより、加工時間の短時間化が可能となり加工コストを削減することができる。
【００２１】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第４の基板を薄板化する際には、第４の基板の凹部形成面に支持基板を接合し、その状態で薄板化するものである。
これにより、薄板化する際の第４基板の割れや欠けなどを防止でき、歩留まりを向上させることができる。
【００２２】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第４の基板を薄板化する工程では、支持基板に光透過性を有する基板を用い、その支持基板上にレジンを塗布し、その上面に第４の基板の凹部形成面を接合し、その状態で薄板化し、そして、支持基板側からレーザーを照射してレジンを硬化させ、支持基板から第４の基板を剥離するものである。
【００２３】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第４の基板を薄板化する工程では、支持基板に光透過性を有する基板を用い、その支持基板上にダイアタッチフィルムを貼付し、その上面に第４の基板の各凹部の形成面側を接着加圧し、その状態で第４の基板を薄板化し、そして、支持基板側から紫外線を照射してダイアタッチフィルムの接着層を硬化させて支持基板から第４の基板を剥離するものである。
【００２４】
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の何れかの液滴吐出ヘッドを備えたものである。
上記の流路抵抗の低い液滴吐出ヘッドを搭載しているため、印字性能等の高い液滴吐出装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１の分解斜視図であり、一部を断面図で示している。また図２は、図１に示す液滴吐出ヘッド１が組み立てられた状態の縦断面図であり、図１におけるＡ−Ａ断面を示している。
なお図１及び図２に示す液滴吐出ヘッド１は、ノズル基板５の表面側に設けられたノズル孔１７から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプのものであり、また静電気力により駆動される静電駆動方式のものである。以下、図１及び図２を用いて本実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１の構造及び動作について説明する。
【００２６】
図１に示すように本実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１は、従来の一般的な静電駆動方式の液滴吐出ヘッド１（例えば、特許文献１参照）のように３層構造ではなく、電極基板２、キャビティ基板３、リザーバ基板４、ノズル基板５の４つの基板から構成されている。リザーバ基板４の一方の面にはノズル基板５が接合されており、リザーバ基板４の他方の面にはキャビティ基板３が接合されている。またキャビティ基板３のリザーバ基板４が接合された面の反対面には、電極基板２が接合されている。即ち、電極基板２、キャビティ基板３、リザーバ基板４、ノズル基板５の順で接合されている。
【００２７】
電極基板２は、例えばホウ珪酸ガラス等のガラスから形成されている。なお本実施の形態１では、電極基板２がホウ珪酸ガラスからなるものとするが、例えば電極基板２を単結晶シリコンから形成するようにしてもよい。
電極基板２には複数の凹部６が例えば深さ０．３μｍで形成されている。この凹部６の内部には個別電極７が、一定の間隔を有して後述の振動板１１と対向するように、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）を０．１μｍの厚さでスパッタすることにより作製されている。上記の例では、電極基板２とキャビティ基板３を接合した後の個別電極７と振動板１１の間隔は０．２μｍとなる。また、個別電極７はリード部８を介して端子部９に繋がっている。端子部９は液滴吐出ヘッド１から露出した状態となっており（図２参照）、端子部９にＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等を接続することにより、個別電極７が発信回路（図示せず）等と接続される。凹部６は、個別電極７およびリード部８を装着できるように、これらの形状に類似したやや大きめの形状にパターン形成されている。
なお電極基板２とキャビティ基板３が接合された後に、個別電極７と振動板１１の間の空間に異物が入らないように封止材１８が塗布される（図２参照）。
また電極基板２には液滴供給孔１０ａが形成されており、この液滴供給孔１０ａは電極基板２を貫通している。
【００２８】
キャビティ基板３は、例えば単結晶シリコンからなり、底面を振動板１１とする第１キャビティ１２となる凹部１２ａが各ノズル孔１７それぞれに対応して形成されている。本実施の形態１では、キャビティ基板３の全面にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、ＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ）からなる絶縁膜（図示せず）を０．１μｍ形成している。これは、振動板１１の駆動時における絶縁破壊及びショートを防止するためと、インク等の液滴によるキャビティ基板３のエッチングを防止するためのものである。
またキャビティ基板３には、キャビティ基板３を貫通する液滴供給孔１０ｂが形成されている。
【００２９】
なお液滴吐出ヘッド１の振動板１１は、高濃度のボロンドープ層から形成するようにしてもよい。水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液による単結晶シリコンのエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、約５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上の高濃度の領域において、非常に小さくなる。このため、振動板１１の部分を高濃度のボロンドープ層とし、アルカリ溶液による異方性エッチングによって第１キャビティ１２となる凹部１２ａを形成する際に、ボロンドープ層が露出してエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いることにより、振動板１１を所望の厚さに形成することができる。
【００３０】
リザーバ基板４は、例えば単結晶シリコンからなり、本例では（１００）面方位のシリコン基板を用いている。このリザーバ基板４には、各第１キャビティ１２に液滴を供給するための共通液室であるリザーバ１３となるリザーバ用凹部１３ａと、リザーバ１３内の液滴を第１キャビティ１２に供給する供給口１４となる供給口用凹部１４ａと、第１キャビティ１２に連通して第２キャビティ１２ｂとなるキャビティ用凹部１２ｃとが形成されている。これらリザーバ用凹部１３ａ、供給口用凹部１４ａ及びキャビティ用凹部１２ｃの全ては、リザーバ基板４の同一面側（キャビティ基板３との接合面側）に形成されている。以下、リザーバ基板４において各凹部（リザーバ用凹部１３ａ、供給口用凹部１４ａ及びキャビティ用凹部１２ｃ）が形成される面を、適宜、凹部形成面４ａと呼ぶ。
【００３１】
なお、第２キャビティ１２ｂとなるキャビティ用凹部１２ｃは、リザーバ基板４の凹部形成面４ａにおいて第１キャビティ１２と対向する位置に形成され、第１キャビティ１２を構成する凹部１２ａ共にキャビティ１５を形成している。このようにリザーバ基板４に第２キャビティ１２ｂを形成することによりキャビティ１５の容積拡大を図っている。
【００３２】
また、キャビティ基板３に形成された液滴供給孔１０ｂ及び電極基板２に形成された液滴供給孔１０ａは、リザーバ基板４、キャビティ基板３及び電極基板２が接合された状態において互いに繋がって、外部からリザーバ１３に液滴を供給するための液滴供給孔１０を形成する（図２参照）。
【００３３】
またリザーバ基板４には、第１キャビティ１２からノズル孔１７へ液滴を移送する貫通孔でなるノズル連通孔１６が貫通形成されている。
【００３４】
ノズル基板５は、例えば厚さ１００μｍのシリコン基板からなり、各々のノズル連通孔１６と連通する複数のノズル孔１７が形成されている。なお本実施の形態１では、ノズル孔１７を２段に形成して液滴を吐出する際の直進性を向上させている（図２参照）。
なお上記の電極基板２、キャビティ基板３、リザーバ基板４及びノズル基板５を接合するときに、シリコンからなる基板とホウ珪酸ガラスからなる基板を接合する場合は陽極接合により、シリコンからなる基板同士を接合する場合は直接接合によって接合することができる。またシリコンからなる基板同士は、接着剤を用いて接合することもできる。
【００３５】
ここで図１及び図２に示す液滴吐出ヘッド１の動作について説明する。リザーバ１３には外部から液滴供給孔１０を介してインク等の液滴が供給されている。またキャビティ１５にはリザーバ１３から供給口１４を介して液滴が供給されている。端子部９に接続された発信回路（図示せず）によってリード部８を介して個別電極７に０Ｖから４０Ｖ程度のパルス電圧を印加し、個別電極７がプラスに帯電すると、対応する振動板１１はマイナスに帯電し、振動板１１は静電気力によって個別電極７側に吸引されて撓む。次にパルス電圧をオフにすると、振動板１１にかけられた静電気力がなくなり振動板１１は復元する。このときキャビティ１５の内部の圧力が急激に上昇し、キャビティ１５内の液滴がノズル連通孔１６を通過してノズル孔１７から吐出されることとなる。そして再びパルス電圧が印加され、振動板１１が個別電極７側に撓むことにより、液滴がリザーバ１３から供給口１４を介してキャビティ１５内に補給される。
なおキャビティ基板３と発信回路との接続は、ドライエッチングによりキャビティ基板３の一部に開けられた共通電極（図示せず）で行われる。また液滴吐出ヘッド１のリザーバ１３への液滴の供給は、例えば液滴供給孔１０に接続された液滴供給管（図示せず）により行われる。
【００３６】
このように本実施の形態１では、液滴吐出ヘッド１をノズル基板５、リザーバ基板４、キャビティ基板３、電極基板２の４層構造としてリザーバ専用のリザーバ基板４を設けたので、リザーバ１３の体積を大きくでき、キャビティ基板３を薄くしてもリザーバ１３は十分な高さ（すなわち十分な体積）を確保することができる。したがって、リザーバ１３の流路抵抗を低くすることができる。
【００３７】
また、リザーバ基板４に第２キャビティ１２ｂを設けたので、キャビティ１５の体積を拡大することができ、更に流路抵抗を下げることができる。
【００３８】
実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１の液滴吐出ヘッド１の製造方法を説明する。なお、実施の形態２では、特に、リザーバ基板４に、面方位が（１００）のシリコン基板を用いた場合の製造工程について説明する。
【００３９】
図３〜図７は、図１及び図２に示した液滴吐出ヘッド１の製造工程を示した縦断面図である。なお、ここでは、リザーバ基板４の製造工程を説明し、電極基板２、キャビティ基板３、ノズル基板５については従来の液滴吐出ヘッド１の製造方法とほぼ同様であるため、説明を省略する（例えば、特許文献１参照）。
【００４０】
まず例えば単結晶シリコンからなり、面方位が（１００）の厚さ１８０μｍの材料基板４０を準備し、熱酸化等によって材料基板４０の表面４０ａ及び裏面４０ｂを含む全面に酸化シリコン膜４１を形成する。そして、材料基板４０の裏面４０ｂにレジストパターニングを施して酸化シリコン膜４１をエッチングし、ノズル連通孔１６に対応する開口４２が形成されたマスクパターンを形成する（図３（ａ））。
次に、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）放電による異方性ドライエッチングによって材料基板４０が貫通するまでエッチングを行い、ノズル連通孔１６を形成する（図３（ｂ））。
【００４１】
そして、例えばフッ酸水溶液によってすべての酸化シリコン膜４１を一旦除去した後、再度熱酸化を施して材料基板４０の全面に酸化シリコン膜４３を形成する。そして、材料基板４０の裏面４０ｂにレジストパターニングを施して酸化シリコン膜４３をエッチングし、エッチングマスク４４を形成する（図３（ｃ））。次の図４にエッチングマスク４４の平面図を示す。
【００４２】
図４は、材料基板の裏面に形成されたエッチングマスクを示す概略平面図である。
図４に示すように、エッチングマスク４４は、リザーバ用凹部１３ａに対応するリザーバ用開口４４ａと、供給口用凹部１４ａに対応する供給口用開口４４ｂと、キャビティ用凹部１２ｃに対応するキャビティ用開口４４ｃとを有している。これら各開口の幅（図４左右方向の幅）は、リザーバ用開口４４ａ＞キャビティ用開口４４ｃ＞供給口用開口４４ｂの関係を有している。
【００４３】
このようなエッチングマスク４４が形成された材料基板４０を、例えば、２５重量パーセントの濃度を有する水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に浸漬してエッチングすることにより、図３（ｄ）に示すように、リザーバ用凹部１３ａ、供給口用凹部１４ａ及びキャビティ用凹部１２ｃを形成する。以下、図３（ｄ）のウェットエッチング工程について詳細に説明する。
【００４４】
まず、（１００）面のシリコン基板をエッチングした場合の特徴について説明する。
図５は、その特徴の説明図である。図５は、開口面積が大小異なるエッチングマスクを用いてエッチングを行った場合のエッチングの進行の様子を示しており、図５（ａ）と図５（ｂ）とでは、それぞれ同じタイミングでのエッチングの様子を示している。
【００４５】
図５（ａ）（ｂ）に示すように、（１００）面のシリコン基板５０の表面にエッチングマスク５１（５２）を載せ、ウェットエッチングを行うと、図示点線で示すようにＶ字状にエッチングが進行し、Ｖ字の先端でエッチングがストップするという特徴がある。そのＶ字の角度は、表面に対して５４．７４゜となる。したがって、図５（ａ）に示すように開口面積が小さいエッチングマスク５１を用いた場合、最終的にエッチングがストップしたときのエッチング深さは短く、逆に図５（ｂ）に示すように開口面積が大きいエッチングマスク５２を用いた場合には深くなる。
【００４６】
このように、開口の大きさによってエッチング深さを制御することができる。換言すれば、開口の大きさを変えることにより所望の深さからなる凹部（断面Ｖ字状の凹部）を形成することができる。
【００４７】
また、ウェットエッチングは、エッチングレートが開口面積に依存せず一定であり、図５（ａ）のエッチングが終了した段階で、図５（ｂ）のエッチングはまだ終了していない。このため、Ｖ字の先端に達するまでエッチングを行うのではなく所望の深さでエッチングを終了したい場合にはエッチング時間により制御すればよい。
【００４８】
本例では、これらの特徴を利用して、図４に示したエッチングマスク４４を用いて一度のエッチング処理でリザーバ用凹部１３ａ、供給口用凹部１４ａ及びキャビティ用凹部１２ｃを形成する。
【００４９】
すなわち、図４に示したエッチングマスク４４は、上述したように、各開口の幅（図４左右方向の幅）は、リザーバ用開口４４ａ＞キャビティ用開口４４ｃ＞供給口用開口４４ｂの関係を有している。したがって、このエッチングマスク４４を用いてエッチングを行うと、図６に示すように、まず最初に供給口用凹部１４ａのエッチングがＶ字先端に達して終了し、続いてキャビティ用凹部１２ｃのエッチングが終了する。この段階でリザーバ用凹部１３ａのエッチングは図中点線で示す位置までしか進んでおらず、途中段階にある。そのため、更にエッチングを続け、所望の深さに達したところでエッチングを終了する。なお、図６は、リザーバ１３、供給口１４及び第２キャビティ１２ｂのそれぞれの断面（幅方向（図１左右方向）の断面）を示す図である。
【００５０】
このように、面方位が（１００）のシリコン基板を用いるとともに、リザーバ１３、供給口１４及び第２キャビティ１２ｂをリザーバ基板４の同一面側に設けた構造とすることで、単一のエッチングマスクを用いて一度のエッチング処理で形成することができる。すなわち、最後までエッチングを続ける凹部（すなわちリザーバ用凹部１３ａ）が所望の深さに達する時間にエッチング時間を制御しておくことで、エッチングマスク５１を変えることなくリザーバ基板４にリザーバ用凹部１３ａ、供給口用凹部１４ａ及びキャビティ用凹部１２ｃを形成することができる。
【００５１】
ここで、本例では、これらの各凹部の形成にウェットエッチングを用い、ノズル連通孔１６の形成にはドライエッチングを用いており、形成箇所によってエッチング方法を使い分けている。ウェットエッチングは、上述したように開口面積に依存せず一定なエッチングレートでエッチングを行うことができるため、図６に示すように幅に対する深さのアスペクト比（ｂ／ａ）が小さい凹部形成に有効である。また、ウェットエッチングは、複数のウェハ基板をまとめてバッチ処理できるため、スループットの面でも有効である。
【００５２】
一方、ドライエッチングは、結晶方位に関係なく垂直に深くエッチング可能であるという利点がある一方、開口面積が大きくなるとエッチングレートが低下し、また、枚葉処理であるため時間を要するという面がある。このため、本例では、結晶方位に関係なく垂直にエッチングする必要のあるノズル連通孔１６のみをドライエッチングで形成し、その他の凹部はウェットエッチングで形成するようにしている。このように、アスペクト比が小さく開口面積が大きい凹部に関してはウェットエッチングでバッチ処理し、アスペクト比が大きなノズル連通孔だけをドライエッチングで枚葉処理するようにしているため、所望の形状を高いスループットで加工することが可能となっている。
【００５３】
ここで図３に戻る。以上のようにしてリザーバ用凹部１３ａ、供給口用凹部１４ａ及びキャビティ用凹部１２ｃの形成が終了すると、酸化シリコン膜３３を一旦除去する。そして、最後に、材料基板４０にドライ酸化処理を施し、インク等の液滴によるエッチングから材料基板４０の表面を保護するための熱酸化膜からなる液滴保護膜４５を材料基板４０の表面全体に形成する。以上によりリザーバ基板４が完成する。
【００５４】
このように本実施の形態２によれば、リザーバ基板４に（１００）面方位のシリコン基板を用いるとともに、リザーバ１３、供給口１４及び第２キャビティ１２ｂをリザーバ基板４の同一面側に設けた構造とすることで、単一のエッチングマスクを用いて一度のエッチング処理でこれら各凹部を形成することができる。したがって、少ない工程数でリザーバ基板４を製造できるので、加工コストを低減することができる。
【００５５】
また、各凹部をリザーバ基板４の同一面側に設けた構造とすることで、エッチングマスクのパターニングを片面のみに行えば良いので、両面パターニングを行う場合に比べてアライメント精度を高くすることができる。したがって、高精度なリザーバ基板４を製造でき、安価で吐出特性が良好な液滴吐出ヘッド１を提供できる。
【００５６】
また、リザーバ基板４の製造に際しては、深さが深く開口面積が小さいノズル連通孔１６の形成に際してドライエッチングを用い、他の凹部に関してはウェットエッチングでバッチ処理するようにしたため、高いスループットで所望の形状を加工することができる。
【００５７】
実施の形態３．
実施の形態３は、上記実施の形態２とは別の製造方法によってリザーバ基板４を製造する工程について説明する。ここでは、特に面方位が（１１０）のシリコン基板を用いてリザーバ基板４を形成する場合の製造方法について説明する。
【００５８】
図８〜図１１は、図１及び図２に示した液滴吐出ヘッド１の製造工程を示した縦断面図である。なお、ここでは、リザーバ基板４の製造工程を説明し、電極基板２、キャビティ基板３、ノズル基板５については従来の液滴吐出ヘッド１の製造方法とほぼ同様であるため、説明を省略する（例えば、特許文献１参照）。
【００５９】
まず例えば単結晶シリコンからなり、面方位が（１１０）の厚さ５２５μｍの材料基板を準備し、熱酸化等によって材料基板６０の表面６０ａ及び裏面６０ｂを含む全面に酸化シリコン膜６１を形成する。そして、材料基板６０の裏面６０ｂにレジストパターニングを施して酸化シリコン膜６１をエッチングすることにより、ノズル連通孔１６に対応する開口６２が形成されたマスクパターンを形成する（図８（ａ））。この処理は図３（ａ）と同様である。
次に、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）放電による異方性ドライエッチングによって材料基板６０を所望の深さとなるまでエッチングし、ノズル連通孔１６に対応するノズル連通孔用凹部１６ａを形成する（図８（ｂ））。
【００６０】
そして、例えばフッ酸水溶液によってすべての酸化シリコン膜６１を一旦除去した後、再度熱酸化を施して材料基板６０の全面に酸化シリコン膜６３を形成する。そして、材料基板６０の裏面６０ｂにレジストパターニングを施して酸化シリコン膜６３をエッチングし、各凹部毎に酸化シリコン膜６３の残し厚さを変えたエッチングマスク６４を形成する（図８（ｃ））。このエッチングマスク６４の平面形状は、図４に示したエッチングマスク４４の平面形状と同様である。
【００６１】
このエッチングマスク６４は、複数回（ここでは３回）のエッチングで形成する。すなわち、リザーバ用凹部１３ａに対応する部分のみを開口したレジストパターンを用いたエッチング、リザーバ用凹部１３ａに対応する部分とキャビティ用凹部１２ｃに対応する部分を開口したレジストパターンを用いたエッチング、供給口用凹部１４ａに対応する部分のみを開口したレジストパターンを用いたエッチングを繰り返し行って酸化シリコン膜３３を３段階で除去し、最終的に残し厚みがリザーバ６４ａ（＝０）＜第２キャビティ６４ｃ＜供給口６４ｂ＜非パターン部となるエッチングマスク６４を形成する。なお、この残し厚みは、対応する凹部の深さによって変えるものである。
【００６２】
そして、エッチングマスク６４が形成された材料基板６０を、例えば、２５重量パーセントの濃度を有する水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に浸漬し、まず、リザーバ用凹部１３ａに対応する部分を途中までウェットエッチングする（図８（ｄ））。そして、キャビティ用凹部１２ｃに対応する部分の酸化シリコン膜６４ｃがなくなるまで酸化シリコン膜６３をハーフエッチングし、その状態で同様に（ＫＯＨ）水溶液に浸漬し、リザーバ用凹部１３ａとキャビティ用凹部１２ｃとを途中までウェットエッチングする（図８（ｅ））。そして、供給口用凹部１４ａに対応する酸化シリコン膜６４ｂがなくなるまで酸化シリコン膜６３をハーフエッチングし、その状態で同様に（ＫＯＨ）水溶液に浸漬し、リザーバ用凹部１３ａとキャビティ用凹部１２ｃと供給口用凹部１４ａとを所望の厚さまでウェットエッチングする（図９（ｆ））。エッチング深さは、図９（ｆ）に示すようにリザーバ用凹部１３ａ＞キャビティ用凹部１２ｃ＞供給口用凹部１４ａとなる。
【００６３】
次に、例えばフッ酸水溶液によってすべての酸化シリコン膜６３を一旦除去した後、材料基板６０において各凹部の形成面とは反対側の面を機械加工により薄板化する（図９（ｇ））。この薄板化の工程については後で詳述する。
【００６４】
そして、最後に、材料基板６０にドライ酸化処理を施し、インク等の液滴によるエッチングから材料基板６０の表面を保護するための熱酸化膜からなる液滴保護膜６５を材料基板６０の表面全体に形成する。以上によりリザーバ基板４が完成する。
【００６５】
以下、材料基板を薄板化する方法について２通り説明する。なお、どちらの方法も、リザーバ基板４となる材料基板の凹部形成面に支持基板を接合した後、機械加工により薄板化する方法である。
【００６６】
＜薄板化方法１＞
図１０は、リザーバ基板の薄板化方法１の説明図である。
まず、光透過性を有するガラス等の支持基板７０の表面にレジン７１を塗布する（図１０（ａ））。次に、低真空中で支持基板７０に、リザーバ基板４となる材料基板６０の凹部形成面４ａを接着し、アニールする（図１０（ｂ））。そして、凹部形成面４ａとは反対側の面を所望の厚さ（例えば１８０μｍ）となるまで機械加工により研削し、ノズル連通孔用凹部１６ａを貫通させてノズル連通孔１６を形成する（図１０（ｃ））。そして、支持基板７０側からレーザーを照射してレジン層７１を硬化させ、支持基板７０から材料基板６０を剥離する。これによりリザーバ基板４が完成する（図１０（ｄ））。
【００６７】
＜薄板化方法２＞
図１１は、リザーバ基板の薄板化方法２の説明図である。
まず、光透過性を有するガラス等の支持基板８０の表面にダイアタッチフィルム８１を貼付する（図１１（ａ））。次に、低真空中で支持基板８０に、リザーバ基板４となる材料基板６０の凹部形成面４ａを接着し、加圧する（図１１（ｂ））。そして、凹部形成面４ａとは反対側の面を所望の厚さ（例えば１８０μｍ）となるまで機械加工により研削し、ノズル連通孔用凹部１６ａを貫通させてノズル連通孔１６を形成する（図１１（ｃ））。そして、支持基板８０側から紫外線を照射してダイアタッチフィルム８１の接着層を硬化させ、支持基板８０から材料基板６０を剥離する。これによりリザーバ基板４が完成する（図１１（ｄ））。
【００６８】
このように本実施の形態３によれば、リザーバ基板４に（１１０）面方位のシリコン基板を用いたので、各凹部（リザーバ用凹部１３ａ、供給口用凹部１４ａ及びキャビティ用凹部１２ｃ）を形成するためのウェットエッチング工程では、時間に比例して垂直にエッチングされるので、エッチング時間によって自由に深さを制御することができる。このため、各凹部毎に残し厚みを変えたエッチングマスク６４を用いて時間制御を行いつつエッチングを行うことにより、各凹部をそれぞれ所望の深さに形成することができる。
【００６９】
また、リザーバ基板４となるシリコン基板に各凹部を形成した後に、所望の厚みに薄板化するので、大口径のウェハを使用した場合でもハンドリングミスによる歩留まり低下を防止できる。すなわち、薄板化する前の強度の高い厚手の基板に対して必要な加工を行っておき、薄型化した後の工程を減らすようにしたので、大口径のウェハを用いても製造中にシリコン基板が割れたり、欠けてしまったりなどのハンドリングミス等による歩留まり低下を防止できる。
【００７０】
また、大口径のウェハは、搬送時等のハンドリング性等の面から小口径のウェハに比べて厚みが厚く形成されている。したがって、厚いままノズル連通孔１６を貫通形成しようとすると時間がかかるという問題がある。しかしながら、本例では、ある程度ドライエッチングでノズル連通孔用凹部１６ａを形成し、反対側から機械加工により薄板化してノズル連通孔用凹部１６ａを貫通させてノズル連通孔１６を形成するので、加工時間の短時間化が可能となり加工コストを削減することができる。
【００７１】
また、薄板化する際には支持基板８０を接着して行うので、割れや欠けなどを防止でき、歩留まりを向上させることができる。
【００７２】
実施の形態４．
図１２は、上記各実施の形態の何れかの液滴吐出ヘッド１を搭載した液滴吐出装置の一例を示した斜視図である。なお図１２に示す液滴吐出装置１００は、一般的なインクジェットプリンタである。
実施の形態１から実施の形態３に係る液滴吐出ヘッド１は上記のように流路抵抗が低いため、液滴吐出装置１００は印字性能等が高いものである。
なお上記各実施の形態に係る液滴吐出ヘッド１は、図１２に示すインクジェットプリンタの他に、液滴を種々変更することで、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、プリント配線基板製造装置にて製造する配線基板の配線部分の形成、生体液体の吐出（プロテインチップやＤＮＡチップの製造）等にも適用することができる。
【００７３】
なお、本発明の液滴吐出ヘッド１及びその製造方法並びに液滴吐出装置は、本発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。
【図２】図１に示す液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図。
【図３】図１の液滴吐出ヘッドのリザーバ基板の製造工程を示す図。
【図４】エッチングマスクの平面図。
【図５】面方位が（１００）のシリコン基板を用いた場合のエッチング説明図。
【図６】各凹部の断面図。
【図７】ノズル連通孔の断面図。
【図８】図１の液滴吐出ヘッドのリザーバ基板の他の製造工程を示す図（１／２）。
【図９】図１の液滴吐出ヘッドのリザーバ基板の他の製造工程を示す図（２／２）。
【図１０】リザーバ基板の薄板化の工程を示す図（その１）。
【図１１】リザーバ基板の薄板化の工程を示す図（その２）。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る液滴吐出装置の例を示した図。
【符号の説明】
【００７５】
１  液滴吐出ヘッド、２  電極基板、３  キャビティ基板、４  リザーバ基板、４ａ  凹部形成面、５  ノズル基板、６  凹部、７  個別電極、８  リード部、９  端子部、１０  液滴供給孔、１０ａ  液滴供給孔、１０ｂ  液滴供給孔、１１  振動板、１２  第１キャビティ、１２ａ  凹部、１２ｂ  第２キャビティ、１２ｃ  キャビティ用凹部、１３  リザーバ、１３ａ  リザーバ用凹部、１４  供給口、１４ａ  供給口用凹部、１５  キャビティ、１６  ノズル連通孔、１６ａ  ノズル連通孔用凹部、１７  ノズル孔、１８  封止材、３３  酸化シリコン膜、４０  材料基板、４０ａ  表面、４０ｂ  裏面、４１  酸化シリコン膜、４２  開口、４３  酸化シリコン膜、４４  エッチングマスク、４４ａ  リザーバ用開口、４４ｂ  供給口用開口、４４ｃ  キャビティ用開口、４５  液滴保護膜、５０  シリコン基板、６０  材料基板、６４  エッチングマスク、６５  液滴保護膜、７０  支持基板、７１  レジン、８０  支持基板、８１  ダイアタッチフィルム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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